疊加原理和連續電荷分佈

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介紹

在電和磁的領域，電荷體現了物質粒子的基本屬性。正電荷和負電荷在電路中同時存在，因此表現出不同的特性。

例如，當一種電荷的積累超過另一種時，就會導致排斥的特性；或者當兩種電荷都大量存在時，它們就會相互吸引。電子被稱為負電荷，質子被稱為正電荷。

電荷及其性質

電荷可以指任何物質的物理屬性，當這些物質置於磁場中時，就會產生力的作用或壓力。電磁現象展示了電場和磁場之間的相互作用（Anastopoulos & Hu, 2020）。

然而，電荷可以透過自然單位進行測量，這些單位可以等同於質子或電子的電荷，並且被認為是基本的物理常數。

導體和絕緣體

導體被定義為支援電流透過的物質；另一方面，絕緣體是不允許電流透過的物質。在導電材料中，電子可以自由地從一端流到另一端，並且可以在整個物體上觀察到電荷的分佈，例如水、人體和金屬（Doskoch & Man’ko, 2019）。

另一方面，電子的運動很少或可以忽略不計，並且似乎保持在固定位置，例如玻璃、塑膠和木材。

庫侖定律

庫侖定律定義了在任何兩個指定的點電荷之間觀察到的力的概念。然而，它指出這兩個指定電荷之間施加的力與它們之間距離的平方成反比（Old.amu.ac, 2022）。

據說該力與這些電荷相關的量值成正比，並且該力作用在連線這兩點的直線上。

疊加原理的定義

疊加原理被定義為線上性電路的一部分中觀察到的淨電流。據說這個淨電流等於每個電源單獨產生的電流的代數和。

它可以表示為：

$\mathrm{F_{net}=F_{12}+F_{13}=(1/4*\pi\varepsilon_{0})/[(q_{1}*q_{2})/r_{{12}^{2}}*r_{12}+(q_{1}*q_{2})/r_{{13}^{2}}*r_{13}]}$分別

什麼是連續電荷分佈？

連續電荷分佈一詞被定義為束縛在封閉鄰域內並且電荷之間存在相對可忽略的空間的電荷。電荷密度的概念適用於顯示電荷如何在特定點積累。然而，對於連續電荷分佈，觀察到三種類型。

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線性電荷分佈

線上性電荷分佈中，電荷似乎均勻地分佈在物體的整個長度上。例如，它可以是一根直導線，分佈的電荷用符號 $\mathrm{\lambda}$ 表示，並以庫侖每米為單位測量。

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表面電荷分佈

表面電荷分佈是指當電荷均勻分佈在特定區域上時，例如圓盤。這由符號 σ 表示，並以庫侖每平方米為單位測量。

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體電荷分佈

當電荷均勻分佈在特定體積上時，稱為體電荷分佈，例如球體或圓柱體結構中觀察到的電荷分佈。然而，這可以透過庫侖每立方米進行測量，分別用 $\mathrm{\rho}$ 表示。

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結論

在本教程中，重點放在確定什麼是電荷以及它們如何與靜電場中觀察到的疊加現象相關聯。此外，需要注意的是，電荷的分佈取決於連續電荷分佈型別的性質。

常見問題

Q.1. 庫侖定律有哪些侷限性？

Ans. 庫侖定律有很多優點，如下所示：首先，庫侖定律不適用於擴充套件質量，只有本質上靜止的電荷才適用庫侖定律。此外，如果核分佈之間的距離增加或減少到 10 到 15 米的規定限制，則無法保證這些距離。還指出，該定律不適用於計算微小電荷。

Q.2. 點電荷分佈是什麼意思？

Ans. 點電荷分佈一詞表示當電荷分佈到一個特定點時。然而，應根據面積、行進距離和體積的概念來考慮質量的分佈。這種型別的電荷分佈很少使用，而線性電荷、表面電荷和體電荷的分佈取決於物體的形狀及其尺寸。

Q.3. 與疊加定理的應用相關的缺點和優點是什麼？

Ans. 疊加定理的優點包括它適用於節點及其各自的電源，廣泛用於電路分析，並要求將任何型別的電路轉換為諾頓或戴維寧等效電路。另一方面，該理論並不意味著功率的概念。